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TEMA 7. CICLOS DE VAPOR PARA PRODUCCIÓN DE TRABAJO

CONTENIDOS:CONTENIDOS:

1. Aspectos Preliminares

2. El Ciclo de Rankine

3. Sobrecalentamiento y Recalentamiento

4. El Ciclo de Potencia Regenerativo

5. Características del fluido de trabajo y Ciclos binarios

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS:OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

El estudiante será capaz describir el esquema de un ciclo potencia de vapor.

Representar el ciclo Rankine en un diagrama T-s.

Justificar la utilización del condensador en una central térmica.

Describir las modificaciones que se realizan al ciclo ideal para aumentar el rendimiento térmico.

Utilizar el diagrama de Mollier para el cálculo de entalpías en la región de vapor sobrecalentado.

Opinar de los problemas sociales, económicos y medioambientales asociados a la producción de potencia en centrales térmicas.

7.1 ASPECTOS PRELIMINARES

MODELOS MATEMÁTICOS SIMPLES CONCLUSIONES CUALITATIVAS

SISTEMAS DE POTENCIA

CICLOS DE VAPOR

TURBINAS DE GAS

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

C. HIDROELÉCTRICAS

E. RENOVABLES

PRODUCCIÓN E. ELÉCTRICAY MECÁNICA

3

7.1 ASPECTOS PRELIMINARES

1º PPIO: QCICLO = WCICLO

2º PPIO: ηt < 100% ↓IRREVERSIBILIDADES ↑ ηt

CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES: - CONTAMINACIÓN TÉRMICA- TRANSPORTE COMBUSTIBLE- EMISIÓN DE CONTAMINANTES

Consumo de energía final en España

4

Potencia instalada (sistema peninsular)

Origen E. Eléctrica España

5

6

7

7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.1 PRINCIPALES TRANSFERENCIAS DE CALOR Y TRABAJO

CRITERIO: Transferencia positiva de energía en la dirección de las flechas

TURBINA:

−+

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2()(0 21

22

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BOMBA:

CONDENSADOR:

RENDIMIENTO TÉRMICO

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η

RELACIÓN DE TRABAJOS

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21

34

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b

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&

8

7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.2 EL CICLO DE RANKINE IDEAL

PROCESOS REVERSIBLES!!

PROCESO 1-2: EXPANSIÓN ISOENTRÓPICA

PROCESO 2-3: TRANSFERENCIA DE CALOR DESDE EL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIÓN CONSTANTE

PROCESO 3-4: COMPRESIÓN ISOENTRÓPICA

PROCESO 4-1: TRANSFERENCIA DE CALOR HACIA EL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIÓN CONSTANTE

∫=

4

3int_

vdpmW

rev

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int_

ppvmW

rev

b −≈

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7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.3 EFECTOS DE LAS PRESIONES DE CALDERA Y

CONDENSADOR EN EL CICLO DE RANKINE

∫ −−−−−==

4

3int_

141_ acbÁREATdsmQ

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TT

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int

int

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η

↑ Te ↑ ηt ↓Ts ↑ ηt

¿Por qué se incluye el condensador en una central térmica?

9

RANKINE VS CARNOT

ηRankine < ηCarnot

Limitaciones:

Rankine aprovecha mejor la energía de combustiónHay problemas para comprimir flujo bifásico

7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.4 PRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS

OTRAS: - PÉRDIDAS DE CALOR- FRICCIÓN PÉRDIDAS DE PRESIÓN

- - SUBENFRIAMIENTO DEL LÍQUIDO CONDENSADO

IRREVERSIBILIDADES EXTERNAS:- - COMBUSTIÓN

- CALOR CEDIDO EN EL CONDENSADOR

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21

21

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t

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mW

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mW

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η

TURBINA:

BOMBA:

10

7.3 SOBRECALENTAMIENTO Y RECALENTAMIENTO

↑ Te ↑ ηt ↓x2↓ Ts ↑ ηt ↓x2

Si x2 < 0.9EROSIÓN DE LOS ÁLABES

SOLUCIÓN: SOBRECALENTAMIENTO

Si TMAX > 600ºCLIMITACIÓN

METALÚRGICA

SOLUCIÓN: RECALENTAMIENTO

DESARROLLO DE LA TÉCNICA: P>PCRITICA

7.3 SOBRECALENTAMIENTO Y RECALENTAMIENTO

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7.4 EL CICLO DE POTENCIA REGENERATIVO CALENTADOR ABIERTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN

BALANCE DE MASAS:

132 mmm &&& =+

11

3

1

2 =+mm

mm

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−=11

3

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BALANCE DE ENERGÍA(CALENTADOR ABIERTO)

652 )1(0 hhyyh −−+=

52

56

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)( 71 hhmQe −=&

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))(1( 43 hhymQs −−=&

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TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA:

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7.4 EL CICLO DE POTENCIA REGENERATIVO CALENTADOR CERRADO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN

7.5 CICLOS BINARIOS

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